Физики обнаружили, что внутри каждого протона в атоме давление намного больше, чем в самом сердце нейтронной звезды!

Василий Макаров

18 мая 2018 13:31

Маленькие вещи, как водится, таят в себе массу загадок. Ученые обнаружили, что кварки — строительные «блоки», из которых состоят протоны — находятся под давлением в 100 дециллионов Паскалей вблизи геометрического центра протона. Эта фантастическая цифра примерно в 10 раз больше давления, которое может быть в центре нейтронной звезды.

Кварки и звезды

«Мы обнаружили чрезвычайно высокое давление, направленно вовне. Кроме того, нам удалось зафиксировать более низкое давление на переферии, направленное к центру протона», рассказывает Волкер Баркерт (Volker Burkert), руководитель лаборатории, в своем пресс-релизе.

100 дециллионов — это 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

Распределение протона внутри протона зависит от глюонов — частиц, которые представляют собой метафорический «клей» между кварками, удерживающий их вместе и таким образом формирующий протон. Для того, чтобы измерить давление внутри протона, ученые обратились к такому понятию, как его форм-фактор. Оно появилось в 1966 году, но тогда было представлено лишь в качестве гипотезы. Говоря кратко, форм-фактор описывает механическую структуру протона, как если бы исследователи могли изучить его с помощью силы тяжести. Гравитационные зонды ученые еще не изобрели, но их заменили новейшие электромагнитные устройства.

Изучение структуры протона

Установка для разгона электронов

«Это просто прекрасно. Мы получили карту протона, создание которой раньше казалось физикам невозможным», уверяет Латифа Элуадрихири, научный сотрудник лаборатории Джефферсона и соавтор статьи, опубликованной в Nature. Чтобы создать ЭМ-зонд, ученые использовали непрерывный ускоритель электронов (CEBAF). Он производит пучки электронов, которые затем «бомбардируют» ядра атомов. Как только электроны попадают в ядра, они вступают во взаимодействие с кварками через так называемое «глубоко-виртуальное комптоновское рассеяние» (DVCS). В процессе этого электрон входит в протон и обменивается виртуальным фотоном (так называется нарушение в поле, которое хоть и представляет собой весьма реальное явление, но не может существовать отдельно от общей системы) с кварком. В результате этого энергия переносится на кварк (а значит и на протон), что в конечном итоге высвобождает эквивалентное количество энергии в форме другого фотона.

«Один фотон входит, другой выходит… Зная это, можно повторить аналогичный процесс и для гравитационных форм-факторов, которые представляют собой механическую структуру протона», объясняет Франсуа-Ксавье Жирод, научный сотрудник лаборатории Джефферсона и соавтор статьи. В идеале ученые хотят снизить уровень определенности Гейзенберга для этого процесса. Но и сам процесс глубокого изучения кварков дает представление об их уникальной природе. При этом, несмотря на колоссальное давление, они даже не смогут существовать вне протона!